Deep-learning framework for fully-automated recognition of TiO2 polymorphs based on Raman spectroscopy
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Emerging machine learning techniques can be applied to Raman spectroscopy measurements for the identification of minerals. In this project, we describe a deep learning-based solution for automatic identification of complex polymorph structures from their Raman signatures. We propose a new framework using Convolutional Neural Networks and Long Short-Term Memory networks for compound identification. We train and evaluate our model using the publicly-available RRUFF spectral database. For model validation purposes, we synthesized and identified different TiO2polymorphs to evaluate the performance and accuracy of the proposed framework. TiO2is a ubiquitous material playing a crucial role in many industrial applications. Its unique properties are currently used advantageously in several research and industrial fields including energy storage, surface modifications, optical elements, electrical insulation to microelectronic devices such as logic gates and memristors. The results show that our model correctly identifies pure Anatase and Rutile with a high degree of confidence. Moreover, it can also identify defect-rich Anatase and modified Rutile based on their modified Raman Spectra. The model can also correctly identify the key component, Anatase, from the P25 Degussa TiO2. Based on the initial results, we firmly believe that implementing this model for automatically detecting complex polymorph structures will significantly increase the throughput, while dramatically reducing costs.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».